DAB III LANDASAN TEORI. Sambungan dengan baut berdasarkal1 gaya-gaya yang beket:ja pada

_c_-_-__ c'--~~~'--c--",, ^{__ -- - --1}

DAB III

LANDASAN TEORI

3.1 Analisa Sambungan Haut

Sambungan dengan baut berdasarkal1 gaya-gaya yang beket:ja pada samboogannya, dibedakan atas :

1. "Lap joint" (sambungan "overlap"), pada sambWlgan ini terjadi perpotongan tunggal, yaitu bila kemungkinan timbuInya bidang geser pada batang penyambung hanya satu tempat. Gaya yang bekerja pada baut adalah tegak lurns sumbu dan bekerja sentris (bekerja pada titik berat pola bautj, sehingga menimbulkan tegangan geser .-L sumbu baut. Untuk lebih je1asnya dapat dilihat pada gambar 3.1 berikut ini.

« 57 57 ^I

p o L::::::r p

Gambar 3.1 Sambungan "lap joint"

2. "Butt Joint", yaitu sambungan berpotongar. ganda, dimana ada dua bidang geser pada batang alat penyambung. Gaya yang bekerja pada baut tegak

27

28

lurus sumbu baut dan bekeIja sentris (bekerja pada titik berat pola baut), sehingga menimbulkan tegangan geser -l sumbu baut, seperti terlihat pada gambar 3.2 berikut ini.

p-'

:liE

^I

Eli:

i-> ^p

Gambar 3.2 Sambungan "butt joint"

Apabila sebuah baut menerima gaya seperti dua bahasan di atas, maka baut akan menerima gaya geser tegak lurus sumbu baut, kekuatan geser baut dapat ditulis dengan notasi N geser baut. Untuk meninjau kekuatan sambut1gan, selain ditinjau baut itu sendiri, juga ditinjau plat di sekitar lubang baul. Jika plat tidak kuat, maka lubang baut pada plat akan berubah bentuk dari bundar menjadi oval. Pada bidang kontak antara baut dan plat terjadi tegangan yang disebut tegangan tumpuan, tegangan ini dituJis dengan notasi a^{til., sedangkan}

kekuatan I kapasitas tumpuan oleh satu baut ditulis dengan Dotasi N tu.

Rumus-rumus yang dipergunakan :

N geser 1 irisan = 1;4. 1t. d 2. :r (3.1 )

N geser 2 irisan == 2. (1;4 . 1t . d ^2. 't) (3.2 )

Ntumpu == d. t.cr ^{tu (3.3 )}

dengan,

d = diameter baut

t = tebal plat terkecil antara plat yang disambung dan plat penyambung

29

____ ~~i..._~ ..c... ,_. _ _------- - - - --~ ..----~-_.­

cr tu = tcgangan tumpu ijin

't- = tegangan geser ijin

N = kekuatan twnpu I geser baut (dipilih yang terkecil)

3. Sambungan yang menahan geser akibat beban eksentris. Pada sambungan ini, gaya yang terjadi tegak lurns (.1) sumbu baut dan beketja eksentris (tidak melalui titik berat pala baut), sepelii terlihat pada gambar berikut ini.

e I !

@j@j

(91&>1 --l.L_i_

0'.1_{I i}

€l)1-:

P

8 8

e ^G) o • ^@)

• e

M=Pe

)

+

---p-­

E> e

S 8

•

@ (1)

@ •

Gambar 3.3 Sambungan baut menahan geser eksentris

Terhadap titik berat pola baut ada eksentrisitas (e), sehingga timbul mamen sebesar P.e, kemudian heban P dipindahkan kc titik bcrat pota haul. Akibat gaya P yang sudah sentris maka masing-masing baut memikul gaya sebesar Pic, dengan c adalah jwnlah baut yang dipakai. Akibat mamen, baut melakukan reaksi sebesar R yang beljarak sebesar d daIi titik berat.

Dalam perhitungan digunakan rumus : Mamen (M) = P.e

= Rl. d I + R2. d 2 + + Rn. d n (3.4 )

30

Rl dl

= R2

-d2

= R3

-d3

= ... = Rn dn -

Rl = Rl . dl dl R2 = Rl . d2

dl

J

~ ^{Rn ~ Rl. dl dn}

R3 = Rl _~

d 1 sehingga diperoleh :

M = dl. Rl . dl + d2. Rl . d2 + + un. Rl . tin

dl dl dl

= Rl. (d1 ² + d2 ² + d3 ² + + dn ²⁾ d 1

= Rl. 2:di ² (3.5 )

d 1

Rl = M. dl 2: di ²

= M.dn (3.6 )

2: di ²

Gaya R yang teIjadi dapat diuraikan menjadi komponen gaya horisontal (RH) dan gaya vertikal (RV), sehingga Wltuk baut ke-n :

RH (n)= M. dV(n) ) RHmax = M. dV max (3.7 )

2: d i1 2: d i2

RV (n)= M. dH(n)

)- RVmax = M. dHmax (3.8 )

L: d i 2 L: d i 2

Baut ke-n akan menerima resultan gaya sebesar:

K (n) ~

VI

^{Pic + RV(n)] 2 + RH(n) 2 (3.9 )}

- -

31

Gaya resultan terbesar yang diterirna oleh salah satu baut harus lebih kecil dibandingkan dengan kapasitas geser dan kapasitas turnpu baut, seperti tertulis dalam persamaan di bawah ini :

K (n) < N geser baut dan K (n) < N tumpu baut (3.10 )

4. Sambungan yang menahan gaya geser dan tarik akibat beban eksentris. Pada sambungan ini, beban eksentIis (tidak melalui titik berat pola baut) yang bekerja diuraikan menjadi gaya tegak lUTUS (.i) dan sejajar (/1) sumbu baut, sehingga menimbulkan teianian geser dan tegangan tarik. Keruntuhan baut dapat diakibatkan oleh patah geser dari batang baut serta patah akibat gaya tarik aksial pada batang baut atau kombinasidari keduanya. Perhitungan gaya yang dipikul baut dilakukan dengan duplikasi luas pengganti. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 3.4 berikut ini.

e P

,

Profi) WF Profil T

I..

1+

1+

I­

1. Tampak samping 2. Tampak atas

Gambar 3.4 Sambungan baut menahan tarik dan geser eksentris Dalam perhitungannya, digunakan anggapan sebagai berikut :

a. gaya tarik dipikul oleh baut saja,

-~-_/

" ^" " "

"---"-'-~_.:~-...:.. ---~--- - - :=---"-.::..:....--.. - -"-"_---.:_-- _. ^---~---~-. ':.;~--~-"""-""^-,.~:~~-,~

32

b.

c.

d.

e.

gaya tekan diterima oleh pennukaan bidang kontak antara elemen-elemen yang disambung dengan mengambil lebar efektif bidang kontak sebesar 75% dari lebar yang ada,

baut dianggap sebagai plat yang mempunyai lebar sebesar a,

luas baut di atas garis netral dapat digantikan dengansuatu luas pengganti berupa persegi panjang,

jarak vertikal antar baut adalah S.

Rumus-rumus yang digun~ yaitu :

a. ^{S =} Y.t. 1t. d 2 • n -. n = jumlahbaris haut

a

h

= Y.t.1t.d ² • n

s

• •

• •

• • • •

• •

•

^h

•

b

a j

x

h-x

(3.11 )

az I

I

Gambar 3.5 Metode luas pengganti pada sambungan baut

Menentukan jarak garis netral, x :

a.^{x . ~ x} = b' . (h -x). ~ (h -x) Tegangan lentur yang terjadi":

~ ^{. 0'1} .x . a.^{213 . x +} ~. aJ . (h-x). b'. 2/3 . (h-x) = M

( 3.12 )

( 3.13 )

" f-

b' = O,7Sb 0'3

- -

__ ...-"._'__ ..:..;;• .:..:.:;.'~~ __, ~.e..._:.._, •. _'---_

33

Gaya tarik yang diterima oleh 1 baut teratas (yang paling besar), N :

N ⁼ o. S . ^{(j2 .} liz _{( 3.14 )}

Gaya geser yang diterima perbaut :

G = Pic - c = jumlah baut (3.15 )

Tegangan· tegangan yang timbul pada baut :

a tu = G - t =tebal plat ^{$ (j} tu ( 3.16 )

o baut. t

't = G - d =0 baut ^$ -^'t (3.17 )

Y...1t.d

ata = ^{N $ (j ta} ( 3.18 )

Y...1t.d

Gabungan gaya tarik dan geser :

al ⁼

J

~ta2 ^{+ 3 't 2 $ (j (3.19 )}

3.1.1 Tegangan ijin pada sambungan baut

Baik pada sambungan baut maupun las, dikenal adanya tegangan geser, tegangan tarik, tegangan tumpuan maupun kombinasi dari tegangan geser dan tarik. Adapun tegangan·tegangan tersebut dapat dituliskan sebagai berikut :

Tegangan geser ijin ^{: -'t =} 0,6 cr (3.20 )

Tegangan tarik ijin ^{: (jta =} 0,7 ^(j ( 3.21) Tegangan tumpu ijin : ^(j tu = 1,5 ^(j untuk SI ~ 2 d (3.22a)

- -

(j tu = 1,2 ^{( j} untuk 1,5 ~ Sl < 2 d (3.22b)

---:~/

34

Apabila terjadi kombinasi antara tegangan tarik aksial dan tegangan geser, maka tegangan idiilnya adalah sebagai berikut:

(J'i =

J

^{crta 2 + 3 t 2} ~ -^{a (3.23 )}

dengan .

Sl ⁼ Jarak dari sumbu baut terluar dengan tepi bagian yang disambung (J' = Tegangan dasar ijin

d = Diameter baut

3.1.2 Diameter dan jarak lubang sambungan baut

Ukuran diameter lubang baut, menurut PBBl :

a. baut hitam/biasa - 0 lubang = 0 baut + 1 mm (3.24a) b. baut mutu tinggi - 0 lubang = 0 baut + 2 mm (3.24b)

Ketentuan tentang jarak lubang baut adalah sebagai berikut, 1. Apabila sambungan terdiri dari satu baris alat penyambung, maka :

1,5 d :$ S1 _~ 3 d atau 6 t (3.25a)

2,5 d ~ S1 _~ 7 d atau 14 t (3.25b)

dengan:

d = diameter baut

t = tebal terkecil bagian yang disambung

Untuk lebihjelasnya dapat dilihat pada gambar 3.6 berikut ini.

---,---,---,---~.

35

.~~

+sts+s+st

Gambar 3.6 Sambungan baut dengan satu baris a1at sambung

2. Dntuk sambungan lebih dari satu bans lubang yang tak bersilang seperti contoh pada gambar 3.7, maka berlaku ketentuan sebagai berikut :

1,5 d s: Sl s: 3d atau 6t (3.26a)

2,5 ds: S s: 7d atau 14 t (3.26b )

2,5g s: g s: 7d atau 14 t ( 3.26c)

dengan :

d = diameter baut

t = tebal terkecil bagian yang disambung

S1.

gl gl

s.

•

^{e ~}

..

•

^{' ,}

•

^-~r~%~lil

; I

*

^'q:1

-

^{"h ~: e·~:l.~li}

^e

)i'n!f'.;{~

I I

e

-

^{,q!t!:~1 '}"II:I~! '~I~ir~i

, .

Gambar 3.7 Sambungan baut lebih dari satu baris 3. Untuk sambungan lebih dari satu baris alat penyambwlg yang bersilang,

1,5 d s: S1 s: 3d atau 6t (3.27a)

2,5 d s: g s: 7d atau 14 t ( 3.27b )

82 s: 7d - 0,5 g atau s: 14 t - 0,5 g (3.27c)

36

-~._.. - ._--~_._--_ ... _-'

SlI

I _{o 0 o 0}

gl _o

0

o

⁰

o 0

o

⁰

:t

^I

~

Gambar 3.8 Alat penyambung baut bersilangan 3.1.3 Perencanaan sambungan baut

Sambungan baut dapat direncanakan sebagai berikut :

1. Sambungan tipe geser. Pada tipe ini, baut dikencangkan sampai batas yang ditetapkan sehingga diantara kedua elemen yang disambung timbul gesekan yang mampu menahan tergelincirnya masing-masing elemen tersebut. Pada sambungan tipe ini, diperlukan penarikan baut yang akan memberikan beban pratarik sehingga tercapai jepitan yang memadai.

Besarnya beban tarik awal (No) untuk baut A~325 ditentukan scbcsar 70% . dari tegangan leleh minimum.

a. Untuk baut A-325 dengan diameter ~ inci - 1 inci

No = 70%. (1/4. 1t. d 2.92) Kip (3.28 )

b. Untuk baut A-325 dengan diameter 11/8 inci - 11/2 inci

No = 70%. (1/4. 1t. d ^2. 81) Kip (3.29 ) c. Kekuatan baut A-325 dengan sambungan tipe geser :

1) Kekuatan setiap baut terhadap geser,

Ng = F. n. No ( 3.30 )

Sf

37

2) Kekuatan setiap baut terhadap tarik aksial,

- Beban statis Nt = 0,6. No ( 3.3la )

- Beban bolak-balik Nt = 0,5. No ( 3.31b ) 3) Kombinasi antara tarik dan geser

Ng = -L. n. (No - 1,7 T) (3.32)

Sf dengan :

Sf = faktor keamanan (sebesar 1,4) No = beban tarik awal

n = jwnlah bidang geser

T = gaya tarik aksial yang bekeIja

F = faktor geser pennukaan yang nilainya ditentukan sebagai berikut :

Tabel 3.1 Harga hl1<tor gescr pennukaan

Keadaan Permukaan· Nilai F

Bersih 0,35

.,. ^-._.~ - ..._-

Digalvanis 0,16 - 0,26

Dicat 0,07 - 0,10

Berkarat, dengan pembersihan karat yang lepas 0,45 - 0,70

2. Sambungan tipe tumpu. Pada sambungan ini, tergelincirnya masing-masing elemen yang disambWlgkan mWlgkin terjadi sampai batas dimana tepi-tepi lubang telah menumpu pada batang baut. Sambungan ripe ini hams memperhatikan apakah ulir berada pada bidang geser atan di lnar bidang ge.se.r.

Apahila ulir herada ill Juar bidang gese.r, maka dipakai diameter nominal,

._---,

38

sedang apabila ulir berada pada bidang geser, maka hams dipakai diameter efektifuntuk menghitung penampang geser baut. Pada tabel3.2 di hala.rn2n 39 dapat dilihat besar diameter nominal dan diameter efektif baut.

a. Kekuatan yang dirinjau pada sambungan tipe tumpu : I) Kapasitas geser setiap baut,

Ng = m. Y4. 1t . d2. 't (3.33)

't = 0,6 cr

dengan :

m = jumlah potongan dalam sambungan

't = tegangan geser ijin baut cr = tegangan dasar ijin dari baut d = diameter baut

2) Kapasitas tumpu setiap baut,

Nt d . t . crtu ( 3.34 )

1,2 cr ~ Sl = 1,5d sampai 2d dengan :

d = diameter baut t ⁼ tebal plat

0' tu = tegangan tumpu ijin baut cr = tegangan dasar ijin baut

_ ... ~-·l

39

Tabe1 3.2 Diameter nominal dan diameter efektif baut

Diameter Nominal Diameter Bfektif

(inci) (rom) (inci) (rom)

~ 12,7 0,406 10,30

5/8 15,90 0,514 13,00

% _{19,10 0,627 15,90}

7/8 22,20 0,739 18,70

1 25,40 0,874 21,50

1114 31,80 1,075 27,30

1112 38,10 1,296 32,90

3.2 Analisa Las Sudut

1. Tebal. efektif las sudut (Te), adalah jarak nominal terpendek dati. titik siku ke muka las. Untuk lebihjelasnya dapat dilihat pada gambar 3.9 berikut ini.

a. Te ⁼ ~ .~2. a

= 0,707 . a ~ a = partiang kaki las sudut ( 3.35a)

b. Te = a.b (3.35b)

~(a2+ b 2 )

"

7"'"",·, """

^·· a / / . . .

^I~ j.'. .... ^al~

/

, • ( - - - - 7

a b

Gambar 3.9 Dimensi tebal. efektiflas sudut dengan proses SMAW

40

2. Ukuran kaki las sudut sepanjang tepi potongan. Ukuran kaki las sudut (a) maksimum di sepanjang tepi potongan yang disambung dibatasi oleh AISC sebagai berikut :

a. Sepanjang tepi bahan yang lebih tipis dati 14 inci (6,4 nun), ukuran maksimum sarna dengan t~bal bahan tersebut. (3.36a) b. Sepanjang tepi bahan yang tebalnya 14 inci atau lebih, ukuran maksimum harus 1/16 inci (1,6 rom) Iebih kecil dati tebal bahan tersebut. (3.36b ) Untuk lebihjelasnya dapat dilihat pacta gambar 3.10 berikut ini :

t<~-'4" amaks=t

: i?h=

t 2: ~4" a maks .:.;: t - 1/16 ^II

1

i 1

r--.J

a maks = tidak ada batas tertentu

:0----.

II .

Gambar 3.10 Ukuran kaki las sudut maksimum

__ .c. ~:_~_:--,, __": _0- __ \

L11

Sedangkan ukuran kaki las sudut minimum dapat ditabelkan sebagai berikut : Tabel 3.3 lJkuran kaki las sudut minimum

Teballogam dasar (t)

Ukuran leaki las sudut minimum (a)

inci mm mCl mm

t sl/4 114 <tSIlz liz <tS %

% <tSlllz lllz < t S 2Y4 21;4 < t S 6 6 <t

t s 6,4 6,4 < t S 12,7

12,7 < ^t ~ 19,0 19,0 < t S 38,1 38,1 < t S 57,1 57,1 <tS152 152 < t

1/8 3/16

1/4 5/16 5/16 5/16 5/16

3 5 6 8 8 8 8

3. Panjang net10 las sudut :

f netto = ebrutto - 3 Te ( 3.37a)

dengan :

Te = tebal efektif las

f netto 2: 40 mm, atau ( 3.37b )

L 8.Te, atau 10.0 batang las, dan ( 3.37c )

s: 40.Te, apabila diperlukan panjang las> 40.Te, maka pengelasan

dilakukan terputus-putus ( 3.37d )

Bidang efektif = tebal efektif. f netto las (3.38)

4. Tegangan yang terjadi pada sambungan las sudut dalam beberapa kasus.

a. Kasus 1, gaya P bekelja sejajar bidang efektiflas. Hal ini dapat digambarkan sebagai berikut :

_._~._---

112

p

.

'* ^" \l2P

R&(

_~

}

Gambar 3.11 Kasus dasar I pada sambungan las sudut Tegangan yang terjadi :

't II = P/2 't..L=o cr 0= 0 _(3.39)

Te. .e netto las

b. Kasus dasar n, gaya P membentuk sudut 45° dengan bidang efektif·las seperti pada gambar 3.12 berikut ini :

, '

Y.P"~ Y.P "2

Gambar 3.12 Kasus dasar IT pada sambungan las sudut

Tegangan yang teIjadi :

't ..L == Y4:~2 ^{. P} ( 3.40a )

Te . .e netto las

cr == Y4.~2 ^{. P} (3.40b)

Te. /, netto las

- - - ------ -._---­

43

O'i

v'

^{0'2 + 3't 2 < cr ( 3.40e )}

c. Kasus dasar ill, gaya P membentuk sudut 45° dengan bidang efektif las seperti tergambar di bawah ini :

YJ'~2~

p

l>P~

14P'./2 ,

"

~p

~p

Garnbar 3.13 Kasus dasar III pada sambungan las sudut Tegangan yang terjadi :

'tJ..=o'= 14.'./2 . P ( 3.41a)

Te. f netto las

O'i =

V

^cr 2 ^{+ 3-r. 2 < cr ( 3.41b)}

.

d. Kasus dasat IV, elas sudut dib b ala momen sepel ti te:rgambal eli bawah ini

"

"

t

:^{i t:::==:=: :ss ~}

~ p,./2

Gambar 3.14 Kasus dasar IV pada sambungan las sudut

, '

-- ----

44

5.

Tegangan yang terjadi :

'tl-= ^C5 = _{~.M. ~2}

Te . f netto las (t + liz .Te .~2 ⁾

Analisis sambungan las sudut yang menahan beban eksentris (tipe 1).

Gaya P beketja pada plat konsol yang dihubungkan ke kolom perantaraan las sudut seperti pada gambar 3.15.

(3.42 )

dengan

p

, .

---or-- --- --or---.---

1 i

---,. ..

e

.~

b

--~--+---~---

:i: ⁱ :A

. .I

^{y (Al}

d - _____ J-~JL_ ^{~~-- ~ ~ -----~--}

~ i x i x (A):

~

Gambar 3.15 Sambungan las eksentris (tipe 1)

langkah perhittalgan:

a. Menetukan titik berat dan inersia sambungan, x = b²

2b+d

(3.43a)

Ix ⁼ 1hz. ^d 3+ ^{2 .[b . (} liz . d) 2]

Iy

Ip

= ^d. (i ^{)2 + 2 .} (x ^{3+ (b _}i ^)3]

3

= Ix. + Iy (3.43b)

_____-.J

-.----~--~---~~-~~--

'~~~:"'._--"

45

Pindahkan P l~e titik berat sambungan maka akan terjadi momen P.e dan geser, ditinjau pada titik paling kritis (A), gaya diuraikan menjadi Px dan Py.

b. Akibat momen Pe pada titik A untuk 1. em panjang las dan dianggap tebal las (Te) adalah satu satuan :

ax = P. e . y(A) Ip

Px (A) = ox. (1) . (1) ( 3.44a )

cry = P. e . x(A)

Ip

PlY (A) = cry. (1). (1) (3.44b)

e. Akibat gaya geser P pada titik A untuk 1 em panjang las dan dianggap tebal las (Te) adalah satu satuan

pz Y (A) = ^{P . (1) = P . (1)} ( 3.45 )

.e netto las f bruto - 3 (1)

d. Gaya total ill A. adalah :

P total =

V

^{Px 2 + (Pl Y+ P2 y) 2 ( 3.46 )}

e. Tegangan geser di titik A yang terjadi adalah :

't = ^{P total}

.e netto las. Te -4 untuk 1 em panjang netto las,

:::: P total ~ 't dengan 't:::: 0,58 cr ( 3.47a) (1). Te

Te 2 P total ( 3048b )

0,58 cr -

A>";/'}'

';"<. <\i;""-<;~~~'~

II./.:;,:'1 ;;~;: \\\\\\\\-:f~~. .

I ;-<f~f~~~\>.\~ ~

!j-~;~\ '1J9~~".: «)

, 4< ';'\:.~~\i\': ^.. '1.:,/" ^f

\~3,~\\\\\\I\'<\W'1'~.~~';.L,~ '''.' ~d^!.

~~_I~/.

_::-=-:2 __~ _'~~_~::...~ _

46

6. Analisis sambungan las sudut yang menahan beban eksentris (tipe 2).

Suatu gaya P bekerja pada plat konsol yang dihubungkan ke kolom dengan perantaraan las sudut seperti terlihat pada gambar 3.16 berikut ini.

p p

e

yeA)

A

!

~

~ ... ^...._..

~~ ;';

I

,

Id

1. Tampak samping 2. Tampak depan

Gambar 3.16 Sambungan las eksentris (tipe2)

langkah perhitungan :

a. Menentukan titik berat dan inersia sambungan·.

-_{Y= ~.d -+ Ix = [1hz.} Tc . d 3] . 2 (3.49a)

x=O ^-+ Iy = 0

Ip = Ix+Iy ^-+ Ip = Ix (3.49b)

b. Ditinjau pada titik paling kritis (A). gaya yang terjadi adalah Px.

Akibat momen Pe pada titik A untuk 1 em panjang las dan-dianggap tebal las (Te) adalah satu satuan,

ax= P. e. y(A) ^-+ Px (A) = ax. (1). (1) (3.50) Ip

47

c. Akibat gaya geser P padatitik A untuk 1 em panjang las dan dianggap teballas (Te) adalah satu satuan

Pzy(A) = P . (1) ⁼ P . (1) (3.51 )

£ netto las £ bruto - 3 (1)

d. Gaya total di A adalah,

Ptotal = ~py2 ^{( 3.52)}

e. Tegangan geser di titik A yang terjadi adalah:

't' = P total

f netto las. Te ~ Wltuk 1 em panjang netto las,

= P total s -:r ^dengan :r ^{= 0,58} a ^(3.53a)

(1). Te sehingga,

Te ~ P total (3. 53b)

0,580